CN104269728A

CN104269728A - 一种固态紫外激光器由半导体激光器

Info

Publication number: CN104269728A
Application number: CN201410573807.4A
Authority: CN
Inventors: 蔡子亮; 杨飞; 白政民; 杨晓博; 李耀辉; 王金
Original assignee: Xuchang University
Current assignee: Xuchang University
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2014-10-24
Publication date: 2015-01-07

Abstract

本发明公开了一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器，包括激光泵浦源、光学耦合系统、“V”型或“L”型或“Z”型折叠谐振腔、激光晶体、调Q开关、二次谐波晶体、三次谐波晶体和谐波分离镜；调Q方式产生的高峰值功率准连续基频激光经过倍频晶体产生绿激光，生产的绿激光与剩余的基波共同作用生产355nm紫外激光，未转化的绿光与紫外光经不同的路径输出，可形成绿光、紫外的双波长输出激光器；本发明可充分利用两种波长满足在实际应用中的需要，也可选择其中一种波长输出，拓宽了应用领域，系统效率高，结构紧凑，使用方便，可广泛应用于工业加工、科研、医疗、军事等领域。

Description

一种固态紫外激光器由半导体激光器

技术领域

本发明涉及激光器应用技术领域，尤其是一种固态紫外激光器由半导体激光器。

背景技术

高平均功率全固态调Ｑ355nm与532nm激光器在微电子、激光加工、光刻技术、精密材料加工等领域应用广泛，如在电路板加工与立体印刷方面。电路板加工要求紫外激光在高重复频率时提供大于 300μJ的脉冲能量；立体印刷技术要求的是平均功率(一般在 0.4～1Ｗ之间)；而一般的激光材料加工要求的平均功率在 5～10Ｗ水平。

紫外光的短波长对于微加工应用有两个优越性：一，较短的波长能够加工更小的部件。光束的衍射现象是限制加工部件最小尺寸的主要因素，最小可达到的聚焦点的直径随着波长的增加而线性增加。二，高能量的光子可以直接破坏材料的化学键。紫外光加工材料过程称为“光蚀”效应，高能量的光子直接破坏材料的化学键，是“冷”处理过程，热影响区域微乎其微；相比之下，可见光和红外激光器利用聚焦到加工部位的热量来熔化材料，热量经过传导会影响到周围的材料，产生热影响区域。

目前市场上大部分的端面泵浦紫外激光器都是腔内和频方式。这种方式仍然不能将倍频激光完全转换，但剩余的倍频激光容易造成腔内元件损坏，或污染腔体，影响激光器的性能。为了满足对不同材料选择性的加工，通常需要两种波长的激光器。尤其是需要倍频和紫外交替加工时，不得不使用两台激光器交替使用。系统复杂性较高，不紧增加了成本，还增加了工序。利用棱镜分光的方式将倍频光和紫外光分离，可以得到较纯净的紫外光和倍频光，可需要较长的光程，从而增加了系统的体积。同时单个棱镜会使原本圆形的激光束变成椭圆的激光束，因此得使用棱镜对补偿相差。

发明内容

现有技术不能满足人们的需要，为弥补现有技术不足，本发明旨在提供一种固态紫外激光器由半导体激光器。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种固态紫外激光器由半导体激光器、耦合系统、谐振腔镜、调Q开关、谐振分离镜、激光晶体、折叠镜和绿光反射镜、三次谐波晶体和二次谐波晶体组成；二极管激光器输出的泵浦激光经准直聚焦后进入激光晶体，由于泵浦激光波长处于Nd掺杂的激光增益介质的吸收峰，激光晶体吸收泵浦光后受激辐射，经过激光谐振腔镜和折叠镜的选模作用，产生高光束质量的线偏基频光（S偏振）。由于调Q作用得到很高峰值功率的基频脉冲光。线偏振的基频光经过二次谐波晶体时，产生垂直基频偏振态（P偏振）的倍频绿光脉冲。相互垂直偏振态的绿光脉冲和剩余的基波脉冲在三次谐波晶体内发生和频，产生偏振态与基波偏振态（S偏振）一致的三次谐波紫外激光脉冲。谐波分离镜将绿光与紫外光分离，紫外光从谐波分离镜处输出输出，绿光由折叠镜处输出。同时可以通过调节二次谐波晶体的控制温度调节绿光与紫外光的功率分配。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该全固态紫外激光器具有转换效率高，体积小、稳定可靠、使用方便、用途广泛、性价比高等特点；充分利用两种波长满足在实际应用中的需要，也可选择其中一种波长输出，拓宽了应用领域，系统效率高，结构紧凑，使用方便，可广泛应用于工业加工、科研、医疗、军事等领域。

附图说明

图1 为本发明的“L”型全固态紫外激光器结构图；

图2 为本发明的“V” 型全固态紫外激光器结构图；

图3为本发明的“Z”型全固态紫外激光器结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1~3，一种固态紫外激光器由半导体激光器（1）、耦合系统（2）、谐振腔镜（3、4）、调Q开关（9）、谐振分离镜（6）、激光晶体（8）、折叠镜（5）和绿光反射镜（7）、三次谐波晶体（10）和二次谐波晶体（11）组成。

下面结合图1对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

实施例1，

1、采用He-Ne激光器作准直光源。安装激光晶体(8)，尽量使其入射面与He-Ne激光光路垂直。同时He-Ne激光由晶体(8)的中心通过。

2、用He-Ne激光仔细调节谐振反射镜（3）和（4）和折叠镜（5），用20%基波输出耦合镜代替反射镜（3）。

3、先用小泵浦功率的光，略大于振荡阈值就行，微调谐振腔反射镜架（3）（5）和20%的基波输出耦合镜，输出基波激光。然后调节到最大泵浦光，继续微调反射镜架，获得最大的基波激光输出。最后调节泵浦光的耦合系统(2),获得最佳的基波连续波激光输出。这样对激光谐振腔的调节基本完成。

4、安装谐波分离镜（6），调节谐振腔使输出功率最大。

5、安装调Q开关（9），调节其位置和角度，使其达到最佳的锁光效果，获得最高峰值功率的基波输出。

6、把20%的基波输出镜换回为反射镜（3），然后安装二次谐波晶体（11）与绿光反射镜（7）。仔细调节二次谐波晶体（11）的角度、方位和控制温度，以及调Q开关（9）的重复频率，获得最大的二次谐波绿光脉冲激光（13）输出。

7、安装三次谐波晶体（10），仔细调节三次谐波晶体的角度、方位，获得三次谐波紫外脉冲激光（12）输出。

实施例2，

图2的实施方式与如图1一致。

实施例3（参见图3），

一种固态紫外激光器由半导体激光器（1）（12）、耦合系统（2）（13）、谐振腔镜（3、4）、调Q开关（9）、谐振分离镜（6）、激光晶体（8）、折叠镜（5、7）和紫外光反射镜（16）、三次谐波晶体（10）、二次谐波晶体（11）组成。下面结合图1对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

2、用He-Ne激光仔细调节谐振反射镜（3）和（4）与折叠镜（5）、（7），用20%基波输出耦合镜代替反射镜（3）。

4、安装谐波分离镜（6），调节谐振腔使输出功率最大。

6、把20%的基波输出镜换回为反射镜（3），然后安装二次谐波晶体（11）。仔细调节二次谐波晶体（11）的角度、方位和控制温度，以及调Q开关（9）的重复频率，获得最大的二次谐波绿光脉冲激光（15）输出。

7、安装三次谐波晶体（10）和紫外光反射镜（16），仔细调节三次谐波晶体的角度、方位，获得三次谐波紫外脉冲激光（14）输出。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims

1.一种二极管端面泵浦的全固态紫外激光器，包括激光泵浦源（1）、光学耦合系统（2）、激光谐振腔（3、4）、折叠镜（5）、激光晶体（8）、调Q开关（9）、二次谐波晶体（11）、三次谐波晶体（10）和谐波分离镜（6），其特征是：所述激光谐振腔为“V”型或“L”型或“Z”型折叠腔结构，“L”型折叠腔，其光路成“L”型，沿基频激光光路由全反镜（3）、折叠镜（5）和全反镜（4）构成；二次谐波晶体（11）、三次谐波晶体（10）、激光晶体（8）、谐波分离镜（6）和调Q开关（9）放置在激光谐振腔内；由激光泵浦光源（1）产生的泵浦光（14）通过光学耦合系统（2）的准直聚焦，再经过“L”型折叠镜（5）入射到晶体（8）内部并被晶体（8）充分吸收；经激光谐振腔（3、4）的谐振作用形成激光振荡，由于调Q开关（9）的作用形成脉冲基频激光；基频激光经过二次谐波晶体（11）发生倍频效应产生绿激光，剩余的基频激光和倍频绿激光再经过三次谐波晶体（10）产生紫外激光；紫外激光经过谐波分离镜（6）输出；剩余的倍频绿光经过折叠镜（5）输出。

2.根据权利要求1所述的一种二极管端面泵浦全固态紫外器，其特征是，所述的激光泵浦源为半导体激光二极管，可以是一个泵浦源单端泵浦或两个泵浦源双端泵浦；激光泵浦源（1）为光纤耦合模块，或是Bar条直接泵浦。

3.权利要求1所述的一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器，其特征是，所述的二次谐波晶体（11）为磷酸二氢钾、或三硼酸锂、或硼酸铋、或磷酸氧钛钾或偏硼酸钡非线性光学晶体。

4. 根据权利要求1所述的一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器，其特征是，三次谐波晶体（10）为三硼酸锂、或三硼酸铯、或硼酸铯锂或偏硼酸钡非线性光学晶体。

5.根据权利要求1所述的一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器，其特征是，所述激光晶体（8）为Nd:YVO₄、或Nd:YAG晶体、或Nd：YLF晶体或Nd:Glass。

6.根据权利要求1所述的一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器，其特征是，所述的调Q开关（9）为声光调Q器件或电光调Q器件或被动调Q器件。

7.根据权利要求1所述的一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器，其特征是，所述折叠镜（5）一端面度808nm高透532高透膜，另一端面镀1064高反808高透532高透膜，材质为K9或融石英或石英。

8.根据权利要求1所述的一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器，其特征是，所述谐波分离镜（6）一端面镀1064高透532高透膜,另一端面镀1064高透532高透355高反膜，材质可以为K9或融石英或石英。